الهواء الجوي
تحتفظ بعض الكواكب أو النجوم بمجموعة من الغازات في محيطها بسبب جاذبيتها التي تجذب هذه الغازات بمرور الوقت، إلا أن الأرض هو الكوكب الوحيد في المجموعة الشمسية الذي يمتلك مجموعة من الغازات التي تدعم الحياة، حيث يُطلق عليها الغلاف الجوي (بالإنجليزية: Atmosphere)، ويبلُغ سمكه ما يُقارب 480 كم، أما ضغط الهواء فيبلُغ 1 كغ/سم عند سطح البحر، لكنه يُصبح 0.7 كغ/سم عند ارتفاع 3 كم، أي أن الضغط يقل مع الارتفاع، كما يوجد مُعظم الهواء الجوي على بُعد 16 كم فقط من السطح.
للهواء الجوي أهمية كبيرة لكوكب الأرض، حيث يمنع الأجسام من الاحتراق كل يوم، كما يحتوي على الأكسجين الضروري للتنفُس، ويُساعد أيضاً على هطول الأمطار، كما تُساهم غازات الهواء الجوي في تسخين سطح الأرض بفعل امتصاصها للأشعة فوق البنفسجية، وبالتالي احتفاظها بالحرارة .
مكوّنات الهواء الجوي
يُعتقد أن الأكسجين بدأ بالظهور قبل حوالي 2.7 مليار سنة بفعل إطلاقه من الطحالب الضوئية، أي عندما بدأ جو الأرض الثاني بالظهور بعد تكوين المحيطات بفعل جو الأرض الأول، أما ثاني أكسيد الكربون فقط بدأ يُخزَّن في مخازن كربونية برية كبيرة قبل حوالي 3.5 مليار سنة، وذلك بعد إعادة ترتيب القارات بفعل تكتونية الصفائح ، كما شهد الأكسجين صعوداً وهبوطاً حتى وصل إلى حالته المستقرة، فالأكسجين الحر قد ظهر قبل 1.7 مليار سنة، وبذلك تحوّل الهواء الجوي للأرض من جو مختزل إلى جو مؤكسد.
تَختلط غازات الهواء الجوي مع بعضها بفعل حركات الغلاف الجوي، إلا أنه على ارتفاع حوالي 90 كم تَنتشر الغازات الأخف وزناً كالهيدروجين، والهيليوم ، ويتكوّن الهواء الجوي الحالي من غازات ذات تراكيز ثابتة، حيث تشمل:
| الغاز | الرمز الكيميائي | نسبته في الغلاف الجوي (%) |
|---|
| النيتروجين | N2 | 78.084 |
| الأكسجين | O2 | 20.946 |
| الأرجون | Ar | 0.934 |
| النيون | Ne | 0.0018 |
| الهيليوم | He | 0.000524 |
| الميثان | CH4 | 0.0002 |
| الكريبتون | Kr | 0.000114 |
| الهيدروجين | H2 | 0.00005 |
| أكسيد النيتروز | N2O | 0.00005 |
| الزينون | Xe | 0.0000087 |
أما الغازات الموجودة بتراكيز متغيرة في الهواء الجوي، فهي:
| الغاز | الرمز الكيميائي | نسبته في الغلاف الجوي (%) |
|---|
| بخار الماء | H2O | 0 - 7 |
| ثاني أكسيد الكربون | CO2 | 0.01 - 0.1 (المتوسط تقريباً 0.032) |
| الأوزون | O3 | 0 - 0.01 |
| ثاني أكسيد الكبريت | SO2 | 0 - 0.0001 |
| ثاني أكسيد النيتروجين | NO2 | 0 - 0.000002 |
طبقات الهواء الجوي
يتكوّن الهواء الجوي من عِدّة طبقات ، هي:
- التروبوسفير: تحدُث في هذه الطبقة معظم حالات الطقس ، إذ تحتوي على السُّحب، بالإضافة إلى نسبة 99% من بخار الماء، فهي تمتد حتى ارتفاع 10 كم فوق مستوى سطح البحر، أما في أعلى هذه الطبقة فيقل ضغط الهواء، ودرجات الحرارة.
- الستراتوسفير: يتم في هذه الطبقة امتصاص للأشعة فوق البنفسجية من الشمس بفعل طبقة الأوزون، لذلك تزداد الحرارة مع الارتفاع فيها، كما تمتاز هذه الطبقة بقلة الاضطراب، لذلك تطير الطائرات التجارية المحملة بالرُّكاب في الجزء السُّفلي منها.
- الميزوسفير: يصل ارتفاع هذه الطبقة إلى 85 كم، وهي الطبقة المتوسطة بين طبقات الغلاف الجوي، حيث يقل الضغط فيها بشكل كبير، كما يُصبح الهواء رقيق وبارد جداً مع الارتفاع، فأدنى درجة حرارة فيها تصل إلى -90 درجة مئوية، وهي أقل درجة حرارة في الغلاف الجوي، كما تحترق النيازك في هذه الطبقة.
- الثيرموسفير: تتراوح درجة حرارة الجزء العلوي من هذه الطبقة بين 500 إلى 2000 درجة مئوية، ويعود ارتفاع درجات الحرارة بسبب امتصاص الأشعة السينية ، والأشعة فوق البنفسجية في هذه الطبقة، كما تمتاز هذه الطبقة بحدوث الشفق القطبي الشمالي والأنوار الجنوبية فيها، كما أن الأقمار الصناعية تدور حول الأرض في طبقة الثيرموسفير.
- الإكزوسفير: يصل ارتفاع هذه الطبقة بين 100,000 إلى 190,000 كم فوق سطح البحر، لذلك فهي الحد النهائي الذي يفصل الغلاف الجوي الخارجي عن الفضاء، ويكون الهواء فيها رقيق للغاية ويتسرّب تدريجياً للفضاء الخارجي.
- الأيونسفير: تنتُج الأيونات من تسريب الإلكترونات من ذراتها وجزيئاتها الأصلية بفعل الأشعة عالية الطاقة، إذ توجد هذه الطبقة في أجزاء من طبقة الميزوسفير والثيرموسفير، حيث إن هذه الطبقة ليس لها حدود مميزة كالطبقات الأخرى.
